提起杨振宁,人们都知道他是诺贝尔奖的获得者,但是,现在的物理学界却普遍认为,他的最高成就并不是获得诺贝尔奖的宇称不守恒,而是杨—米耳斯场理论。不少科学家认为他的这项成果也应该登上诺贝尔奖坛。
1.来到普林斯顿
杨振宁以优异的成绩取得了博士学位后,留在了芝加哥大学物理系当教员。
1949年春天,一则消息在芝加哥大学传开了:“奥本海默要来芝大演讲了!”
这消息引起了杨振宁的极大兴趣。奥本海默是一位了不起的物理学家,在美国社会中十分有名,因为他在理论物理上造诣很高,并且主持了战时制造原子弹的工作,所以被称为美国的“原子弹之父”。从1947年起,奥本海默担任了普林斯顿高等学术研究所的所长。普林斯顿高等学术研究所被人们称为“象牙之塔”,那里理论物理学人才济济,是杨振宁早就向往的地方。听了奥本海默的精彩演讲,杨振宁更坚定了要到普林斯顿去做理论研究的决心。
杨振宁找到了费米和泰勒,说出了自己的想法,两位教授马上就同意了,并高兴地给他写了推荐信。信发出不久,就收到了奥本海默的回信:“同意接收!”
要离开芝加哥大学了,杨振宁去向自己的老师告别。费米认真地对杨振宁说,那里是一个很好的地方,不过不宜久居,因为里面研究的方向太理论化,容易变成形式主义,容易与实际的物理问题相脱离,“有点像中古的修道院”,是培养“传教士”的地方。听了费米的话,杨振宁点了点头,并表示说:“我只去一年,然后就回到芝加哥来。”
他从内心深处感谢老师对自己的关心,并把老师的话记在了心里。
1949年的秋天来临了,在这个秋风送爽、果树飘香的季节,杨振宁来到了普林斯顿。普林斯顿是个风景优美的小城镇,只有几千人口,但却因为拥有一所高等学术研究所而闻名。普林斯顿高等学术研究所是30年代初期一位美国慈善家创办的,这位创办者要聘请世界上最有名望的科学家来从事研究工作,所以,这是个学者云集的地方,聚集了当时一些著名的学者,研究气氛非常浓厚。更令杨振宁振奋的是,当代最伟大的物理学家、科学巨匠爱因斯坦就在这里工作。人们公认爱因斯坦和牛顿是历史上两位最伟大的物理学家,也有人说,爱因斯坦比牛顿更伟大。遗憾的是,当杨振宁到这里时,爱因斯坦70岁了,已经退休,不过他每天早上还是准时到他的办公室去。他家住在梅塞街112号,从家里到办公室大概有两公里的路途,他从来不开汽车,他喜欢一个人在路上慢慢地走。和杨振宁一块儿工作的共有20多个博士生,都是20多岁的年轻人,思想非常活跃。他们经常在一起讨论一些疑难问题,每当大家遇到争执不下的问题时,都很想去请教爱因斯坦,可是考虑到爱因斯坦年事已高,并且已经退休了,这些年轻人就不好意思去打扰他。
但杨振宁还是抑制不住自己的求知欲望。他仔细地观察了爱因斯坦的生活规律,尽量在不影响他工作和休息的情况下和他交谈。
在大楼里,在校园的路边,只要有机会,杨振宁就要走上前去,和爱因斯坦交谈几句,请教几个问题。慢慢地,爱因斯坦也喜欢上了这位年轻好学、思维敏捷的中国学生。
有一天,爱因斯坦的助手来找杨振宁,并把他带到了爱因斯坦的办公室。
“你好,请坐!”
当杨振宁坐在这位伟大的物理学大师面前时,紧张的心情无法用言语来描述。
杨振宁刚刚坐下,爱因斯坦就开门见山地与他讨论起统计力学的问题。统计力学是爱因斯坦毕生从事研究的重要课题之一,当他看到杨振宁写的关于这方面的一篇文章后,就发生了浓厚的兴趣,于是专门把杨振宁叫来,和他交换看法。爱因斯坦讲的是英语,其中又掺杂了许多德文字,杨振宁不熟悉德语,听起来很费力,但他还是圆满地回答了爱因斯坦提出的问题。从爱因斯坦的办公室走出来,不少同学围上来好奇地问:“你们究竟讨论了什么问题?”
杨振宁竟然记不起来了,因为他太紧张了。
杨振宁对普林斯顿高等学术研究所的学习环境和研究气氛非常满意。这里有一批物理学界的老前辈,可以随时向他们请教问题;有一群学有所成、思想活跃的年轻人,大家可以经常在一起切磋、辩论。这些都使杨振宁的理论水平有了进一步的提高。时间过得真快,转眼间又到了硕果累累的秋天。
杨振宁想起了自己来普林斯顿之前费米的忠告,也感觉到这里不是久留的地方,但现在他却有点拿不定主意了,因为在离普林斯顿不远的纽约,有了一个他日夜牵挂着的人——杜致礼。恰在这时,奥本海默聘任他长期留在普林斯顿工作。他考虑了一段时间,决定留下。
2.海外奇缘
在美国,城市的夜生活是很丰富的,夜总会、酒吧间随处可见,但杨振宁对这些毫无兴趣。紧张工作之余,他最喜欢去的地方是华人餐馆,那里的饭菜,那里的环境和氛围,都令他思念起远在国内的父母、老师和弟弟妹妹。今天,又是周末,杨振宁来到了一家中国餐馆。刚走进餐馆,一位面目清秀、举止庄重、年约20岁的中国姑娘惊喜地站了起来,迎上前来:“杨先生,您也到美国来了?”
杨振宁愣了一下,随即就认出了面前这位身材苗条、讲话略带陕西口音的姑娘,他不禁脱口而出:“杜致礼!你怎么在这儿?”
杜致礼是杨振宁在西南联大附中教书时的学生,她当时特别喜欢英国文学,对数学也很有兴趣,因此经常向杨振宁请教数学问题,虽说只有短短的一年时间,但师生间的感情却十分融洽。由于社会动荡不安,两人后来就失去了联系。
“你不是到北平读书了吗?后来怎么到了美国?”
杨振宁迫不及待地问道。听到杨振宁的询问,杜致礼禁不住黯然泪下。杜致礼是国民党著名将领杜聿明的长女。杜聿明是陕西省米脂县人,从小家里很穷,在他中学毕业的时候,父亲对他说:“孩子,我养不起你,给你100元,你自谋生路吧。”
杜聿明含泪告别了父亲,拿着这100元钱到了广州,考上了黄埔军校,成了第一期学员。从黄埔军校毕业以后,杜聿明随即参加了北伐。抗战时,他曾经担任师长、军长。
1942年杜聿明任中国远征军第一军司令,在广西指挥部队大胜日军,从此名声大震。北伐、抗战杜聿明是功臣,但剿共、内战,他却是战犯。由于长期的军队生活,杜聿明得了严重的肺结核,经常大口吐血,严重时卧床不起。
1947年,蒋介石亲自批准杜聿明由长女杜致礼陪同到美国去治病,不料临上飞机前,杜聿明突然接到了蒋介石的一纸电文,命令他到东北作战。服从命令是军人的天职,他只好拖着病体,走上战场。
就这样,杜致礼挥泪告别了亲人,单身一人来到美国,一边打工,一边读书。听了杜致礼的叙述,杨振宁对她又生出几分同情。
“怎么,您还是经常到餐馆和同事讨论问题?”
杜致礼问道。
杨振宁笑了笑回答说:“那都是过去的事了。”
原来,在昆明的时候,茶馆里的茶很便宜,杨振宁经常约上几位同学到茶馆去,大家泡上一壶热茶,海阔天空地谈起来,从数学、物理到社会、人生,他们无所不谈。当年杜致礼找老师往往要到茶馆里去找。真没想到,事隔几年,他们在异国他乡重逢时又是在餐馆里,这简直是太巧了!那一天,他们谈了很长时间……普林斯顿中国餐馆的意外相遇,在杨振宁和杜致礼的心中激起了爱的波澜。纽约离普林斯顿很近,此后两人经常约会,在一块儿回忆过去,憧憬未来,彼此产生了好感。不久,他们在华盛顿举行了简单的婚礼,开始了新的生活。
3.杨—米耳斯场理论
一提到杨振宁,大家都知道他是诺贝尔奖的获得者,他获奖的成果是他和李政道关于弱相互作用下宇称不守恒的理论。
但是,现在的物理学界都普遍认为,杨振宁在物理学领域的最高成就并不是他的宇称不守恒,而是1954年他和米耳斯创立的规范场的理论。这个理论当时并没有引起人们的注意,但随着时间的推移却发出了灿烂的光辉。学术界许多人认为他们的这项成果应该再次登上诺贝尔奖坛。
在纽约市东面约80公里的长岛上,有一个布鲁克海文国立实验室,1953年至1954年间,杨振宁来到这里任访问学者。
在他的办公室里,还有一位年轻的研究生米耳斯,两个人相处得很愉快。
杨振宁在西南联大读书时,就产生了规范场的想法,在芝加哥大学当研究生时,也曾做过一些努力,试图把规范场理论推广出去。现在,杨振宁又重新开始研究这个问题。
有一天,他把自己的想法告诉了米耳斯,引起了米耳斯的极大兴趣。正如米耳斯后来回忆的那样:“30年前,杨振宁已是一位教师,而我还是一名研究生,那时我和他同在一个办公室,我们经常讨论问题。
杨振宁是一个才华横溢的教师,又是一个非常慷慨引导别人的学者。我们不仅共用了一个办公室,杨振宁还让我共用了他的思想……”
在以后的一段时间里,两个人在一起认真地进行了讨论,又做了大量的计算工作。
1954年,杨振宁和米耳斯合作写的一篇文章在《物理评论》上发表了,这篇文章提出了现在所谓的“非阿贝尔规范场理论”,也就是杨—米耳斯理论。文章发表后,物理学界反应平平,没有引起人们的重视。
杨振宁清楚地记得,当时只有一个地方请他去演讲,希望他报告这篇文章的内容。还有一次,杨振宁到哈佛大学去演讲也讲了这个内容,不过这不是人家给他指定的题目,而是他主动讲的。除此以外,再也没有人请他去讲有关推广规范场的题目了。出现这种情况并不奇怪,这是因为杨—米耳斯的理论超越了他们的时代,同时,新理论所引起的许多问题解决起来还需要有一段时间,物理学的发展也还没有达到需要它的成熟阶段。
在以后的时间里,他们的这一理论一直没有引起人们的重视,人们都认为它并没有太多的物理意义,只承认它是一个可能对物理学有用的数学结构,这个结构本身具有简洁、和谐及形式上的优美等特点。时代的车轮走进了60年代,由于实验的发展,对弱相互作用的现象和知识的积累越来越多,于是科学家们想找到一个描写弱相互作用的理论,可是一直没有成功。这时,格拉肖、温伯格、萨拉姆首先引用了杨振宁和米耳斯文章中的数学结构来构造一个关于弱相互作用的理论,这就是弱电统一理论。这个理论在当时也没有受到重视。
1970年至1971年,有人在温伯格等提出的模型基础上又做了一些重要的工作,这时大家才认识到这个理论是可信的。不久,美国以及西欧的原子研究中心做的实验也证实了这个理论所作的一些预测。人们惊呼,弱相互作用理论已经找到了!这种理论的基础就是杨—米耳斯规范场。格拉肖、温伯格、萨拉姆提出了著名的弱电统一理论,共同获得了1979年度的诺贝尔物理学奖,人们认为,这也应该看做是杨—米耳斯规范场的成功,因为他们的理论是在杨—米耳斯规范场的基础上提出来的。规范场理论除了在弱电统一理论中起了很大作用外,人们也把强相互作用看成是杨—米耳斯规范场作用,于是创立了量子色动力学。这种理论已经被许多实验所证实。至今人们已确切地知道,主宰自然界的有4种相互作用,即万有引力作用,电磁相互作用,强相互作用和弱相互作用。大家认为至少有两种相互作用都是基于杨—米耳斯场理论。现在学术界普遍认为,杨—米耳斯场理论是继麦克斯韦的电磁场理论、爱因斯坦的引力场理论、狄拉克的量子理论之后的最为重要的物理理论。
杨振宁的这一科学成就,是20世纪最伟大的理论结构之一,“是一个划时代的创作”(丁肇中的《杨振宁小传》)。